Fatores ambientais que influenciam a qualidade da água em reservatório subtropical em “canyon”

Abstract

O conhecimento sobre a influência da água afluente oriunda da bacia hidrográfica sobre a qualidade da água do reservatório é essencial para a gestão adequada dos recursos hídricos em reservatórios, por isso buscou-se caracterizar essa influência, para servir de base para o funcionamento de um reservatório subtropical, alongado e em “canyon” (reservatório da usina hidrelétrica de Barra Grande) e, com isso, gerar conhecimento para a gestão de outros tipos de reservatórios. Neste sentido, foram avaliados os padrões de variabilidade espaço temporal da qualidade da água (superficial, subsuperficial e de fundo), com análise dos parâmetros: temperatura, pH, Oxigênio Dissolvido, transparência, fosforo total, nitrogênio total, clorofila a, sólidos totais e o tempo de residência da água no reservatório, coletadas mensalmente no período de 2005 a 2012. A Análise de Componentes Principais foi utilizada para definir a importância relativa de cada variável e Anova (bidirecional) para analisar a significância das diferenças na qualidade da água no eixo longitudinal do reservatório. A influência da água afluente oriunda da bacia hidrográfica contribuinte sobre a qualidade da água foi realizada por meio de modelagem matemática (MGB-IPH para vazões, HEC-RAS para qualidade da água e IPH-ECO para simulação do reservatório). As variáveis turbidez, transparência de Secchi, tempo de residência e temperatura tem maior importância na qualidade da água. Foram observados gradientes espaciais e temporais, relacionados aos processos de circulação, sedimentação e ressuspensão. A influência da baixa vazão, alto tempo de residência e mistura invernal da coluna d'água na ciclagem de sólidos e nutrientes, pode explicar a variação desses processos. A modelagem da simulação da alteração da cobertura do solo mostrou que a substituição de florestas por outros usos causou um aumento nas vazões e cargas de nitrogênio total e fósforo total, e a substituição de outros usos por florestas resultou em redução nas vazões e cargas de nitrogênio total e fósforo total. A magnitude da anomalia da carga de nutrientes está associada ao grau de alteração causado no processo de transformação da precipitação em escoamento superficial, declividade do terreno, tipos de solo e práticas de uso do solo. Neste estudo de caso, a bacia hidrográfica apresenta solos rasos em 86% de sua área, com declividades do terreno acentuadas nas cabeceiras, o que facilita o escoamento para o reservatório. Anomalias positivas foram estimadas quando agricultura substitui outros usos e anomalias negativas quando áreas de agricultura são substituídas. Há estratificação térmica na porção mais profunda, com mistura de inverno e a operação da usina aumenta a mistura na coluna d'água. A utilização de métodos de análise estatística multivariada e a modelagem da influência da bacia hidrográfica, forneceu informações importantes para a compreensão desses processos e auxilia na interpretação de dados complexos para melhorar o monitoramento e uso das informações para os tomadores de decisão.

Knowledge about the influent water from the basin is essential to management of water resources in reservoirs, so we sought to characterize this dynamics, to serve as a basis for the knowledge of the functioning of a subtropical reservoir. , elongated and in a “canyon” (reservoir of the Barra Grande hydroelectric plant) and, with that, generate basic knowledge for the management of other types of reservoirs. In this sense, the spatial and temporal variability patterns of water quality (surface, sub-surface and bottom) were evaluated, with analysis of parameters: temperature, pH, Dissolved Oxygen, transparency, total phosphorus, total nitrogen, chlorophyll a, solids and the residence time of water in the reservoir, collected monthly from 2005 to 2012. Principal Component Analysis was used to define the relative importance of each variable and ANOVA (bidirectional) to analyze the significance of differences in water quality on the longitudinal axis of the reservoir. The influence of water from the contributing watershed on water quality was performed through mathematical modeling (MGB-IPH for flows, HEC-RAS for water quality and IPH-ECO for reservoir simulation). The variables turbidity, Secchi transparency, residence time and temperature have greater importance in water quality. Spatial and temporal gradients were observed, related to the circulation, sedimentation and resuspension processes, and the influence of low flow, high residence time and winter mixing of the water column on the cycling of solids and nutrients may explain the variation of these processes. Simulation modeling of land cover change showed that replacing forests with other uses caused an increase in flows and loads of total nitrogen and total phosphorus and replacing other uses with forests resulted in a reduction in flows and loads of nitrogen. total and total phosphorus. The magnitude of the nutrient load anomaly is associated with the degree of alteration caused in the process of transforming precipitation into surface runoff, terrain slope, soil types and land use practices. In this case study, the watershed has shallow soils in 86% of its area, with steep terrain slopes at the headwaters, which facilitates the flow to the reservoir. Positive anomalies were estimated when agriculture replaces other uses and negative anomalies when agricultural areas are reduced. There is thermal stratification in the deeper portion, with winter mixing. Plant operation increases mixing in the water column. The use of multivariate statistical analysis methods and the modeling of the influence of the watershed provided important information for the understanding of these processes and helps in the interpretation of complex data to improve the monitoring and use of information for decision makers.